Externe Korrosion: Korrosionsmodellierung für die Integrität von Pipelines 

Außenkorrosion stellt ein erhebliches Risiko für die Infrastruktur dar. Insbesondere Rohrleitungen sind anfällig für Außenkorrosion, die zu Lecks, Brüchen und Umweltschäden führen kann, wenn sie nicht kontrolliert wird. Das Verständnis der Korrosionsraten ist für die Beurteilung des Zustands von Bauwerken und die Vorhersage ihrer Lebensdauer unerlässlich. Ingenieure können durch die Berechnung der Restlebensdauer fundierte Entscheidungen über die Wartung und den Austausch von Rohrleitungen treffen. Dieser Artikel befasst sich mit den Schlüsselfaktoren, die die Korrosionsraten erdverlegter Rohrleitungen beeinflussen , und gibt einen tiefen Einblick in ein Korrosionsmodell, das Korrosionsingenieure zur Vorhersage der zukünftigen Korrosionsraten erdverlegter Rohrleitungen verwenden . 

Außenkorrosion ist ein allmählicher Prozess, der zur Verschlechterung der Metalloberflächen von Rohrleitungen führt. Dieses Phänomen entsteht durch elektrochemische Reaktionen, die von Umweltfaktoren wie der Bodenzusammensetzung, dem Feuchtigkeitsgehalt und den atmosphärischen Bedingungen beeinflusst werden. Diese Elemente stehen in ständiger Wechselwirkung, was zur Oxidation führt, die gemeinhin als Rostbildung bekannt ist. Im Laufe der Zeit beeinträchtigt diese anhaltende Degradation die strukturelle Integrität von Rohrleitungen und stellt ein erhebliches Risiko für ihre Festigkeit und Betriebsdauer dar.

Der Korrosionsprozess beginnt mit der Bildung von anodischen und kathodischen Bereichen auf der Metalloberfläche. An der Anode kommt es zur Oxidation, wodurch das Metall Elektronen verliert. Diese Elektronen wandern durch die Rohrleitung und nehmen an kathodischen Reaktionen teil, bei denen Ionen entstehen. Letztlich reagieren diese Ionen mit Wasser und Sauerstoff und bilden Rost und andere Eisenoxidverbindungen. Dadurch entsteht ein Teufelskreis der Verschlechterung, der den Korrosionsprozess weiter beschleunigt. 

Korrosion ist ein komplexes Phänomen, das von mehreren Faktoren beeinflusst wird, die die Geschwindigkeit des Auftretens bestimmen. Die Geschwindigkeit der Korrosion variiert je nach Umweltbedingungen, Beschichtungseigenschaften und Schutzmaßnahmen erheblich.

- Äußere Umgebung (Boden/Wasser) Korrosivität: Zu den wichtigsten Parametern gehören Feuchtigkeitsgehalt, Partikelgröße, Konzentration löslicher Salze, Sauerstoffgehalt und mikrobielle Populationen. Diese Faktoren haben einen erheblichen Einfluss auf die Korrosivität der Umgebung. Zu den typischen Bewertungsmethoden zur Beurteilung der Korrosivität des Bodens (Basiskorrosionsrate) gehören die Messung des Bodenwiderstands, des pH-Werts und des Redoxpotenzials (Eh) des Bodens. So sind beispielsweise niedrigere Widerstandswerte mit höheren Korrosionsraten verbunden. Böden mit einem spezifischen Widerstand von weniger als 500 Ω-cm können Korrosionsraten von 0,1 bis 0,5 mm pro Jahr aufweisen, während Böden mit einem spezifischen Widerstand von mehr als 2000 Ω-cm im Allgemeinen sehr viel niedrigere Korrosionsraten aufweisen, die oft unter 0,05 mm pro Jahr liegen.  

Korrosionsraten-Tabelle basierend auf der Art des Bodens - gültig für Offshore-Pipelines 

Beispiel: 
Wenn unser Rohr in kompaktem Lehm mit einem spezifischen Widerstand zwischen 5000 und 20000 Ω-cm vergraben ist, würde die Basiskorrosionsrate 0,01 mm/Jahr betragen. 

- Schutzwirkung von Beschichtungen: Die Wirksamkeit von Schutzschichten wie Lacken oder Spezialbeschichtungen ist für den Korrosionsschutz von Metallen entscheidend. Diese Effektivität wird durch die Art der Beschichtung, ihr Alter und ihre Abnutzung im Laufe der Zeit beeinflusst. Es ist wichtig, die Wirksamkeit der Beschichtung sowohl für die Hauptleitung als auch für die Muffen im Feld zu bewerten, wobei der niedrigere Wert das schwächste Glied im Schutzsystem darstellt. Regelmäßige Inspektionen und Untersuchungen stellen sicher, dass diese Beschichtungen einen angemessenen Schutz bieten. 

Das Alter der Beschichtung wird durch Subtraktion des Installationsdatums vom aktuellen Datum berechnet.  
Beschichtungsalter = Aktuelles Datum - Installationsdatum 
Beispiel: 
Wenn die Bewertung im Januar 2016 durchgeführt wurde und die Beschichtung im Januar 1999 installiert wurde, ist die Beschichtung Alter wäre 17 Jahre. 

Zur Berechnung der Schutzwirkung für die Hauptleitung und die Feldverbindungkönnen Sie sich auf spezielle Tabellen beziehen, in denen die Beschichtungen je nach Art in Klassen eingeteilt sind. Jeder Klasse sind Variablen zugeordnet, die die Wirksamkeit beeinflussen. 
Beispiel:  
Nehmen wir an, die äußere Umhüllung unseres Rohrs ist "Tape Double Wrap" und die Verbindungsumhüllung ist "Tape" und die Die Effektivität der Beschichtung wurde mit 38 % berechnet. 

- Effektivität des kathodischen Schutzes (CP): CP-Systeme mindern die Korrosion, indem sie eine negative elektrische Ladung auf die Metalloberfläche aufbringen. Ihre Wirksamkeit hängt von Faktoren wie dem elektrischen Potenzial und der Abdeckung ab, die durch Untersuchungstechniken wie Test Post Potential Surveys und Close Interval Potential Surveys bewertet werden. Wie die Verfügbarkeitseffektivität bestimmt wird, können Sie der nachstehenden Tabelle entnehmen: 

 
Verfügbarkeits-Effektivitätstabelle, die die Korrelation mit der Verfügbarkeit des CP-Systems zeigt  

Ein übliches Ziel für Stahlrohrleitungen ist es, ein Potenzial von -850 mV oder mehr gegen eine Kupfer/Kupfersulfat-Referenzelektrode zu erreichen.  

Wie aus der nachstehenden Tabelle hervorgeht, besteht eine direkte Korrelation zwischen das Potenzial des kathodischen Schutzsystems und die Wirksamkeit des CP-Schutzniveaus. 

 
Die Tabelle der CP-Schutzstufen-Effektivität zeigt die Korrelation zwischen dem CP-Potenzial unter aeroben und anaeroben Bedingungen und der CP-Schutzstufen-Effektivität. 

Um die Wirksamkeit des kathodischen Schutzes zu berechnen, müssen Sie die Wirksamkeit des Schutzniveaus und die Wirksamkeit der Verfügbarkeit des Schutzes multiplizieren und durch 100 dividieren. 

CP-Effektivität = CP-Schutzniveau-Effektivität / 100 x CP-Verfügbarkeits-Effektivität / 100 
Beispiel: 
Wenn das Potenzial des CP-Systems -850 mV beträgt, ergibt dies eine CP-Schutzwirkung von 100 %. Wenn die Verfügbarkeit unseres CP-Systems 90 % beträgt, ist die CP-Verfügbarkeitseffektivität 50 %. Die Berechnung würde also lauten:  
CP-Effekt = (100 / 100) x (50 / 100) = 0,5  
Daraus ergibt sich eine Wirksamkeit des kathodischen Schutzes von 50 %. 

Außenkorrosion ist ein heimtückisches Raubtier, das sich langsam von außen nach innen durch die Rohrleitungswände frisst, Material abträgt und die Wandstärke verringert. Bleibt dieser heimtückische Prozess unkontrolliert, kann er zu katastrophalen strukturellen Ausfällen führen, die Lecks, Explosionen und Umweltkatastrophen zur Folge haben.

Um korrosionsbedingte Herausforderungen proaktiv anzugehen, verfolgen Betreiber zunehmend einen datengesteuerten Ansatz, der sich auf verschiedene Informationsquellen stützt. Historische Korrosionsraten liefern ein grundlegendes Verständnis des Korrosionsfortschritts im Laufe der Zeit, während Inline-Inspektionen (ILI-Läufe) eine Echtzeit-Diagnose des Pipelinezustands liefern und einen unmittelbaren Einblick in den aktuellen Zustand ermöglichen. Das Herzstück dieser Strategie ist die prädiktive Modellierung, bei der fortschrittliche Algorithmen eingesetzt werden, um Faktoren wie Umweltkorrosivität, Beschichtungsleistung und Wirksamkeit des kathodischen Schutzes zu bewerten.

Obwohl es verschiedene Korrosionsmodelle gibt, werden wir uns auf ein bestimmtes Modell zur Berechnung der externen Korrosionsrate konzentrieren. Die Gleichung, die Sie zu diesem Zweck verwenden können, lautet:

Modell Externe Korrosionsrate = (1 - Eff) × CR Base

Hier istCR Basedie Korrosionsrate des Bodens, die von Umweltfaktoren wie Feuchtigkeitsgehalt und Bodenwiderstand beeinflusst wird. Die Wirksamkeit von Korrosionsschutzmaßnahmen, bezeichnet alsEff, wird wie folgt berechnet:

Eff = (1 - Effektivität des kathodischen Schutzes) × (1 - Effektivität des Schutzes durch die Beschichtung)

Mit dieser Formel wird ein Prozentsatz berechnet, der die kombinierte Stärke unseres kathodischen Schutzsystems und der Schutzbeschichtungen angibt.Dieser Prozentsatz wird dann mit der Korrosionsrate des Bodens multipliziert, um die externe Korrosionsrate des Modells zu berechnen.

Beispiel:
Stellen Sie sich vor, die Effektivität des kathodischen Schutzes liegt bei 50 % und die Effektivität der Beschichtung bei 35 %. Um nun die Gesamteffektivität zu ermitteln, können Sie diese Zahlen in unsere Formel einsetzen:
Effektivität = (1 - 0,5) x (1 - 0,38)
Nach diesen Berechnungen ergibt sich eine Effektivität von 0,31, also 31 %.
Gehen wir nun einen Schritt weiter und berechnen die Modellrate der externen Korrosion. Verwenden Sie dazu unsere früheren Ergebnisse und wenden Sie die Formel an:

Modell-Außenkorrosionsrate = (1 - 0,31) x 0,01

Mit dieser Berechnung erhalten wir eine Modell-Korrosionsrate von 0,069 mm/Jahr.
Durch den Vergleich der Korrosionsrate aus dem Modell mit Daten aus anderen Quellen können Sie künftige Korrosionsraten prognostizieren und diese zur Berechnung der Restlebensdauer von Rohrleitungssegmenten und zur Erstellung effektiver Inspektionspläne verwenden.

Beispiel:
Wenn die Korrosionsraten in der Vergangenheit durchschnittlich 0,07 mm/Jahr betrugen und das Modell einen Anstieg aufgrund von Veränderungen der Umweltbedingungen vorhersagt, könnte die zukünftige Korrosionsrate auf 0,1 mm/Jahr angepasst werden. 

Wenn Sie auf der Suche nach dem ultimativen Werkzeug für das Management von Außenkorrosion sind, dann sind Sie bei der IMS PLSS-Software (Integrity Management System Pipeline and Subsea Systems) genau richtig. Diese hochmoderne Lösung dient als zentraler Knotenpunkt und integriert nahtlos Daten aus verschiedenen Quellen, einschließlich Inspektionen, Bewertungen und kathodischen Schutzuntersuchungen. Das Modul für externe Korrosion geht noch einen Schritt weiter, indem es das EXCOR-Korrosionsvorhersagemodell einbezieht, das Modellkorrosionsraten auf der Grundlage kritischer Kontrollfaktoren berechnet. Diese leistungsstarke Kombination ermöglicht Betreibern die Vorhersage zukünftiger Korrosionsszenarien durch die Kombination historischer Daten mit prädiktiver Analytik. Mit IMS PLSS können Sie die Integrität von Pipelines proaktiv verwalten, Herausforderungen der externen Korrosion angehen und datengestützte Vorhersagen über Korrosionsraten treffen, um die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit Ihrer Pipelinesysteme zu gewährleisten.